(57)【要約】【課題】  実車の振動に近い振動試験を行うことが可能であり、且つ低コストな振動試験装置を提供する。【解決手段】  本発明の一実施形態の振動試験装置は、操作部と、設定部と、検出部と、調整部とを備える。操作部は、その変位によって軌道部を介して車両に振動を与える。設定部は、操作部の変位の目標値である指令振幅を出力する。検出部は、操作部の変位を検出し、該変位に関する変位信号を出力する。調整部は、変位信号と前記指令振幅とに基づき操作部を変位させるための調整信号を出力する。設定部は、実測の台車装置の所定時間の加速度からパワースペクトル密度を算出し、当該パワースペクトル密度に基づき複数の周波数区間の変位振幅を算出し、当該変位振幅を用いた正弦波を指令振幅とする。【選択図】  図５
2006189388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
台車装置を有する車両を搭載する軌道部と、
その変位によって前記軌道部を介して前記車両に振動を与える操作部と、
前記操作部の変位の目標値である指令振幅を出力する設定部と、
前記操作部の変位を検出し、該変位に関する変位信号を出力する検出部と、
前記変位信号と前記指令振幅とに基づき前記操作部を変位させるための調整信号を出力する調整部と、
を備え、
前記設定部は、前記車両の台車装置の所定時間における加速度から算出された各周波数のパワースペクトル密度に基づき、前記操作部が再現し得る複数の周波数区間各々における振幅を算出し、各周波数区間へのインデックスをｉ、各周波数区間内の所定周波数である制御周波数をｆｉ、各周波数区間における前記振幅をＤｉ、各周波数区間各々の位相をφｉとした場合の次式（１）規定の演算式に基づき前記複数の周波数区間における位相を変更することによって複数の指令振幅を生成し、該複数の指令振幅から選択された指令振幅を出力する、
振動試験装置。
【数１】
2006189388.tif 000012
【請求項２】
前記操作部は、前記軌道部を介して前記車両に振動を与える複数のシリンダと、前記複数のシリンダに接続された複数のサーボ弁と、を含み、
前記調整部は、前記複数のサーボ弁に接続された複数のサーボアンプを含み、
前記設定部は、前記複数のシリンダ各々への前記指令振幅を対応のサーボアンプへ出力する、
請求項１に記載の振動試験装置。
【請求項３】
前記複数のシリンダは、前記車両の進行方向における中心より前側において幅方向の一方側及び他方側に設けられた一対の前側シリンダと、前記中心より後側において前記一方側及び前記他方側に設けられた一対の後側シリンダとを含み、
前記設定部は、前記車両の速度をＶ、前記車両の前側及び後側に設けられた台車装置間の距離をＷとする次式（２）に規定の遅延時間Ｔを前記一方側の前側シリンダへの指令振幅に与えてなる指令振幅を当該一方側の後側シリンダに出力し、前記他方側の前側シリンダへの指令振幅に次式（２）に規定の遅延時間Ｔを与えてなる指令振幅を当該他方側の後側シリンダに出力する、
請求項２に記載の振動試験装置。
【数２】
2006189388.tif 000013
【請求項４】
前記複数のシリンダは、前記車両の進行方向における中心より前側において幅方向の一方側及び他方側に設けられた一対の前側シリンダと、前記中心より後側において前記一方側及び前記他方側に設けられた一対の後側シリンダとを含み、
前記設定部は、模擬すべき車両の速度をＶ、当該模擬すべき車両の前側及び後側に設けられた台車装置間の距離をＷとする次式（２）に規定の遅延時間Ｔを前記一方側の前側シリンダへの指令振幅に与えてなる指令振幅を当該一方側の後側シリンダに出力し、前記他方側の前側シリンダへの指令振幅に次式（２）に規定の遅延時間Ｔを与えてなる指令振幅を当該他方側の後側シリンダに出力する、
請求項２に記載の振動試験装置。
【数３】
2006189388.tif 000014
【請求項５】
前記設定部は、前記変位信号又は前記軌道部の所定時間の加速度と前記パワースペクトル密度とに基づいて当該指令振幅を更新する、請求項１〜４の何れか一項記載の振動試験装置。
【請求項６】
前記設定部は、前記車両の速度に応じた定数の前記（１）式に規定の演算式への乗算に基づき前記指令振幅を生成する、請求項１〜５の何れか一項記載の振動試験装置。
【請求項７】
前記設定部は、各周波数区間において、前記パワースペクトルに基づく加速度振幅の積算値とホワイトノイズのスペクトルの積算値との減算値に相当する値を変位の次元に変換することによって、前記振幅Ｄｉを算出し、
前記（１）式規定の演算式にホワイトノイズ演算値を加算する項を含めた演算式によって前記指令振幅を算出する、
請求項１〜６の何れか一項記載の振動試験装置。
【請求項８】
前記設定部は、各周波数区間において、前記パワースペクトルに基づく加速度振幅の積算値とホワイトノイズのスペクトルの積算値の二次微分値との減算値に相当する値を変位の次元に変換することによって、前記振幅Ｄｉを算出し、
前記（１）式規定の演算式にホワイトノイズ演算値を加算する項を含めた演算式によって前記指令振幅を算出する、
請求項１〜６の何れか一項記載の振動試験装置。
【請求項９】
操作部がその変位によって軌道部に搭載された台車装置を有する車両に該軌道部を介して振動を与えるステップと、
設定部が、前記操作部の変位の目標値である指令振幅を出力する指令出力ステップと、
検出部が、前記操作部の変位を検出し、該変位に関する変位信号を出力する検出ステップと、
調整部が、前記変位信号と前記指令振幅とに基づき前記操作部を変位させるための調整信号を出力する調整ステップと、
を含み、
前記設定部は、前記車両の台車装置の所定時間における加速度から算出された各周波数におけるパワースペクトル密度に基づき、前記操作部が再現し得る複数の周波数区間各々における振幅を算出し、各周波数区間へのインデックスをｉ、各周波数区間内の所定周波数である制御周波数をｆｉ、各周波数区間における前記振幅をＤｉ、各周波数区間各々の位相をφｉとした場合の次式（１）規定の演算式に基づき前記複数の周波数区間における位相を変更することによって複数の指令振幅を生成し、該複数の指令振幅から選択された指令振幅を出力する、
振動試験方法。
【数４】
2006189388.tif 000015
【請求項１０】
前記操作部は、前記軌道部を介して前記車両に振動を与える複数のシリンダと、前記複数のシリンダに接続された複数のサーボ弁と、を含み、
前記調整部は、前記複数のサーボ弁に接続された複数のサーボアンプを含み、
前記指令出力ステップにおいて、前記設定部が、前記複数のシリンダ各々への前記指令振幅を対応のサーボアンプへ出力する、
請求項９記載の振動試験方法。
【請求項１１】
前記複数のシリンダは、前記車両の進行方向における中心より前側において幅方向の一方側及び他方側に設けられた一対の前側シリンダと、前記中心より後側において前記一方側及び前記他方側に設けられた一対の後側シリンダとを含み、
前記指令出力ステップにおいて、前記設定部は、前記車両の速度をＶ、前記車両の前側及び後側に設けられた台車装置間の距離をＷとする次式（２）に規定の遅延時間Ｔを前記一方側の前側シリンダへの指令振幅に与えてなる指令振幅を当該一方側の後側シリンダに出力し、前記他方側の前側シリンダへの指令振幅に次式（２）に規定の遅延時間Ｔを与えてなる指令振幅を当該他方側の後側シリンダに出力する、
請求項１０に記載の振動試験方法。
【数５】
2006189388.tif 000016
【請求項１２】
前記複数のシリンダは、前記車両の進行方向における中心より前側において幅方向の一方側及び他方側に設けられた一対の前側シリンダと、前記中心より後側において前記一方側及び前記他方側に設けられた一対の後側シリンダとを含み、
前記指令出力ステップにおいて、前記設定部は、模擬すべき車両の速度をＶ、当該模擬すべき車両の前側及び後側に設けられた台車装置間の距離をＷとする次式（２）に規定の遅延時間Ｔを前記一方側の前側シリンダへの指令振幅に与えてなる指令振幅を当該一方側の後側シリンダに出力し、前記他方側の前側シリンダへの指令振幅に次式（２）に規定の遅延時間Ｔを与えてなる指令振幅を当該他方側の後側シリンダに出力する、
請求項１０に記載の振動試験方法。
【数６】
2006189388.tif 000017
【請求項１３】
前記設定部が、前記変位信号又は前記軌道部の所定時間の加速度と前記パワースペクトル密度とに基づいて当該指令振幅を更新する更新ステップを更に含む、請求項９〜１２の何れか一項記載の振動試験方法。
【請求項１４】
前記設定部は、前記車両の速度に応じた定数の前記（１）式に規定の演算式への乗算に基づき前記指令振幅を生成する、請求項９〜１３の何れか一項記載の振動試験方法。
【請求項１５】
前記設定部は、各周波数区間において、前記パワースペクトルに基づく加速度振幅の積算値とホワイトノイズのスペクトルの積算値との減算値に相当する値を変位の次元に変換することによって、前記振幅Ｄｉを算出し、
前記（１）式規定の演算式にホワイトノイズ演算値を加算する項を含めた演算式によって前記指令振幅を算出する、
請求項９〜１４の何れか一項記載の振動試験方法。
【請求項１６】
前記設定部は、各周波数区間において、前記パワースペクトルに基づく加速度振幅の積算値とホワイトノイズのスペクトルの積算値の二次微分値との減算値に相当する値を変位の次元に変換することによって、前記振幅Ｄｉを算出し、
前記（１）式規定の演算式にホワイトノイズ演算値を加算する項を含めた演算式によって前記指令振幅を算出する、
請求項９〜１４の何れか一項記載の振動試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の振動試験用の装置、及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両の振動試験装置として、実車を用いて計測された加速度を指令値に変換することによって、加振器を制御する装置が知られている。また、電動式などの加振器にランダム波を指令振幅として与える鉄道車両用の振動試験装置が知られている。この装置では、加振器の加速度をリアルタイムにＦＦＴ解析することによって振動の目標値に近づける制御が行われている（例えば、下記特許文献１を参照）
【特許文献１】特開２００２−５７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述した前者の振動試験装置は、指令値を連続的に与えるために膨大なデータを記憶する必要がある。一方、後者の振動試験装置は、リアルタイムのＦＦＴ演算等のため高い演算能力が要求される。したがって、従来の振動試験装置は、高コストである。
【０００４】
そこで、本発明は、実車の振動に近い振動試験を行うことが可能であり、且つ低コストな振動試験装置、及び振動試験方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一側面に係る振動試験装置は、台車装置を有する車両を搭載する軌道部と、その変位によって上記軌道部を介して上記車両に振動を与える操作部と、上記操作部の変位の目標値である指令振幅を出力する設定部と、上記操作部の変位を検出し、該変位に関する変位信号を出力する検出部と、上記変位信号と上記指令振幅とに基づき上記操作部を変位させるための調整信号を出力する調整部とを備える。上記設定部は、上記車両の台車装置の所定時間における加速度から算出された各周波数におけるパワースペクトル密度に基づき、上記操作部が再現し得る複数の周波数区間各々における振幅を算出し、各周波数区間へのインデックスをｉ、各周波数区間内の所定周波数である制御周波数をｆｉ、各周波数区間における上記振幅をＤｉ、各周波数区間各々の位相をφｉとした場合の次式（１）規定の演算式に基づき上記複数の周波数区間における位相を変更することによって複数の指令振幅を生成し、該複数の指令振幅から選択された指令振幅を出力する。
【０００６】
本発明の他の一側面に係る振動試験方法は、操作部がその変位によって軌道部に搭載された台車装置を有する車両に該軌道部を介して振動を与えるステップと、設定部が、上記操作部の変位の目標値である指令振幅を出力する指令出力ステップと、検出部が、上記操作部の変位を検出し、該変位に関する変位信号を出力する検出ステップと、調整部が、上記変位信号と上記指令振幅とに基づき上記操作部を変位させるための調整信号を出力する調整ステップとを備え、を含む。この方法において、上記設定部は、上記車両の台車装置の所定時間における加速度から算出された各周波数におけるパワースペクトル密度に基づき、上記操作部が再現し得る複数の周波数区間各々における振幅を算出し、各周波数区間へのインデックスをｉ、各周波数区間内の所定周波数である制御周波数をｆｉ、各周波数区間における上記振幅をＤｉ、各周波数区間各々の位相をφｉとした場合の次式（１）規定の演算式に基づき上記複数の周波数区間における位相を変更することによって複数の指令振幅を生成し、該複数の指令振幅から選択された指令振幅を出力する。
【数１】
2006189388.tif 000003
【０００７】
本発明によれば、設定部は、オープンループ制御を行っており、リアルタイムのＦＦＴ解析といった演算を要しない。したがって、演算に要するコストが低い。また、設定部は、実車における所定時間の加速度のパワースペクトル密度（ＰＳＤ）に基づき各周波数区間の振幅を算出し、当該変位振幅を用いた正弦波の位相を変化させることによって複数の指令振幅を作成し、当該複数の指令振幅から選択された指令振幅を振動試験に用いる。したがって、実車の振動に近い振動試験を行うことが可能となる。
【０００８】
上記本発明において、上記操作部は、上記軌道部を介して上記車両に振動を与える複数のシリンダと、上記複数のシリンダに接続された複数のサーボ弁と、を含み、上記調整部は、上記複数のサーボ弁に接続された複数のサーボアンプを含み、上記設定部は、上記複数のシリンダ各々への上記指令振幅を対応のサーボアンプへ出力することができる。
【０００９】
上記本発明において、上記複数のシリンダは、上記車両の進行方向における中心より前側において幅方向の一方側及び他方側に設けられた一対の前側シリンダと、上記中心より後側において上記一方側及び上記他方側に設けられた一対の後側シリンダとを含み、上記設定部は、上記鉄道車両の速度をＶ、上記車両の前側及び後側に設けられた台車装置間の距離をＷとする次式（２）に規定の遅延時間Ｔを上記一方側の前側シリンダへの指令振幅に与えてなる指令振幅を当該一方側の後側シリンダに出力し、上記他方側の前側シリンダへの指令振幅に次式（２）に規定の遅延時間Ｔを与えてなる指令振幅を当該他方側の後側シリンダに出力することが好適である。なお、上記速度Ｖ、及び距離Ｗはそれぞれ、模擬すべき車両の速度、当該模擬すべき車両の台車装置間の距離であってもよい。
【数２】
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【００１０】
本発明によれば、前側シリンダに与える指令振幅に遅延時間を与えて後側シリンダに与えているので、実車の振動に近い加振が実施できる。
【００１１】
上記本発明において、設定部は、上記変位信号又は上記軌道部の所定時間の加速度と上記パワースペクトル密度とに基づいて当該指令振幅を更新してもよい。この場合には、実測の加速度に基づくパワースペクトル密度が再現されるよう、指令振幅が更新される。
【００１２】
上記本発明において、設定部は、上記車両の速度に応じた定数の上記（１）式に規定の演算式への乗算に基づき上記指令振幅を生成してもよい。この場合には、速度に応じた振動を与えることが可能となる。
【００１３】
上記本発明において、設定部は、各周波数区間において、上記パワースペクトルに基づく加速度振幅の積算値とホワイトノイズのスペクトルの積算値との減算値に相当する値を変位の次元に変換することによって、上記振幅Ｄｉを算出し、上記（１）式規定の演算式にホワイトノイズ演算値を加算する項を含めた演算式によって上記指令振幅を算出してもよい。
【００１４】
上基本発明において、設定部は、各周波数区間において、上記パワースペクトルに基づく加速度振幅の積算値とホワイトノイズのスペクトルの積算値の二次微分値との減算値に相当する値を変位の次元に変換することによって、上記振幅Ｄｉを算出し、上記（１）式規定の演算式にホワイトノイズ演算値を加算する項を含めた演算式によって上記指令振幅を算出してもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、実車の振動に近い振動試験を行うことが可能であり、且つ低コストな振動試験装置、及び振動試験方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。また、以下、鉄道車両を例にとって、本発明の実施の形態に係る振動試験装置及び振動試験方法を説明するが、振動試験装置及び振動試験方法は鉄道車両に限らず、バネ系をもつ台車装置を有する車両、鉄道車両をモデル化したモデル車両等、種々の車両に適用可能である。
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態に係る振動試験装置の構成を示す図である。図１に示す振動試験装置１０は、操作部１２、検出部１４、調整部１６、及び設定部１８を備えている。
【００１８】
操作部１２は、鉄道車両を搭載する軌道部を介して当該鉄道車両に振動を加える部分である。具体的に、操作部１２は、シリンダ２０ａ〜２０ｆ、及び、対応のシリンダに接続されたサーボ弁２２ａ〜２２ｆを含んでいる。
【００１９】
シリンダ２０ａ〜２０ｆは、例えば、油圧式のシリンダである。シリンダ２０ａ〜２０ｆは、対応のサーボ弁に接続された油圧源からの圧油を当該サーボ弁を介して受ける。シリンダ２０ａ〜２０ｆは、当該変位によって、軌道部を介して鉄道車両に振動を与える。
【００２０】
ここで、鉄道車両及びこの振動試験装置１０の振動モデルについて説明する。図２は、鉄道車両の台車装置を示す図である。図２において、（ａ）は台車装置を上方から見て示す平面図であり、（ｂ）は台車装置の側面図である。図３は、本実施の形態に係る振動試験装置の振動モデルを示す図である。図３において、（ａ）は鉄道車両を前方からみた場合の振動試験装置の振動モデルを示しており、（ｂ）は鉄道車両を側面からみた場合の振動試験装置の振動モデルを示している。
【００２１】
図２及び図３に示すように、鉄道車両の車体２４は、その底面を二つの台車装置２６によって支持されている。台車装置２６は、鉄道車両の進行方向中心に対して前後にそれぞれ設けられている。
【００２２】
台車装置２６は、台車枠を有している。台車枠は、一対の側梁２８ａと一対の横梁２８ｂとを有している。一対の側梁２８ａは、車両幅方向における両側において車両進行方向に延びている。これら側梁２８ａの長手方向の略中央には、横梁２８ｂが接続されている。
【００２３】
各側梁２８ａの長手方向における中央には、枕ばね（空気ばね）３０が設けられている。枕ばね３０は、車体２４の上下方向における振動を緩和するものであり、車体２４の底面に接続されている。
【００２４】
横梁２８ｂの各々には、車両幅方向に延びる左右動ダンパ３１が取り付けられている。これら左右動ダンパ３１は、車体２４の幅方向における振動を緩和するものであり、左右動ダンパ３１各々の一端は、車体２４の中心ピン（牽引装置）３２に連結されている。
【００２５】
側梁２８ａの車両進行方向における両端には、軸ばね３４が設けられている。軸ばね３４は上下方向の振動を緩和するものであり、軸ばね３４の一端は軸箱３６に連結されている。軸箱３６は、車両幅方向に延びる輪軸３７を回転可能に支持している。
【００２６】
また、台車装置２６は、各軸ばね３４に並列された軸ダンパ３８を有している。軸ダンパ３８の一端は軸箱３６に連結されており、他端は軸ばね３４に連結されている。
【００２７】
図３に示すように、上述したシリンダ２０ａ、２０ｃは、前側の台車装置２６の下方において軌道部４０に接続されている。シリンダ２０ａは、幅方向の一方側に設けられており、シリンダ２０ｃは幅方向の他方側に設けられている。シリンダ２０ａ、２０ｃは、軌道部４０を介して鉄道車両に上下方向の振動を与えるようになっている。シリンダ２０ｂは、前側の台車装置２６の下方において軌道部４０に接続されており、軌道部４０を介して鉄道車両に幅方向の振動を与えるようになっている。
【００２８】
また、上述したシリンダ２０ｄ、２０ｆは、後側の台車装置２６の下方において軌道部４０に接続されている。シリンダ２０ｄは幅方向の一方側に設けられており、シリンダ２０ｆは幅方向の他方側に設けられている。シリンダ２０ｄ、２０ｆは、軌道部４０を介して鉄道車両に上下方向の振動を与えるようになっている。シリンダ２０ｅは、後側の台車装置２６の下方において軌道部４０に接続されており、軌道部４０を介して鉄道車両に幅方向の振動を与えるようになっている。
【００２９】
図１に戻り、検出部１４は、変位センサ４２ａ〜４２ｆを有している。変位センサ４２ａ〜４２ｆは、シリンダ２０ａ〜２０ｆのうち対応のシリンダの変位を検出する。変位センサ４２ａ〜４２ｆは、検出した変位に関する変位信号を、調整部１６、及び設定部１８に出力する。
【００３０】
調整部１６は、サーボアンプ４４ａ〜４４ｆを有している。サーボアンプ４４ａ〜４４ｆは、二つの入力をそれぞれ有しており、対応の変位センサからの変位信号を一方の入力に受け、他方の入力には対応のシリンダの変位の目標値である指令振幅を受ける。サーボアンプ４４ａ〜４４ｆは、指令振幅と変位信号との差を増幅して、増幅した信号を対応のサーボ弁に出力する。
【００３１】
設定部１８は、シリンダ２０ａ〜２０ｆ各々への指令振幅を生成し、当該指令振幅を対応のサーブアンプへ出力する。設定部１８は、ＣＰＵ（中央処理装置）、メモリ、ハードディスク、ディスプレイ等を有するパーソナルコンピュータといった計算機であることができる。
【００３２】
設定部１８は、指令振幅を求めるために、実車に対して計測された台車装置２６の所定時間における加速度を用いる。本実施の形態において、設定部１８は、台車装置２６の軸箱３６の所定時間における加速度を用いる。すなわち、設定部１８は、実際の軌道を走行させた場合の軸箱３６の所定時間における加速度を用いる。シリンダ２０ａ〜２０ｆ各々の指令振幅は、対応位置の軸箱３６に取り付けられた加速度センサによって計測することができる。例えば、シリンダ２０ａへの指令振幅は、前側の台車装置２６において幅方向の一方側にある軸箱３６に取り付けられた加速度センサよって上下方向の加速度を計測し、当該加速度に基づいて生成することができる。
【００３３】
設定部１８は、上記加速度に関するデジタル信号から各周波数のパワースペクトル密度（ＰＳＤ）を求める。設定部１８は、これらＰＳＤから、シリンダ２０ａ〜２０ｆのうち対応のシリンダが再現しうる周波数区間各々における振幅Ｄｉを算出する。なお、本明細書においては、ｉを各周波数区間へのインデックスとしている。
【００３４】
設定部１８は、算出した振幅Ｄｉと、各周波数区間の中心周波数を制御周波数ｆｉとして用いる上記（１）式を演算項として含む演算を、位相φｉを変更しつつ実行する。例えば、設定部１８は、０°〜３６０°の間のランダム値を各周波数区間の位相φｉに割当てたレコードを複数登録したテーブルを用い、当該テーブルにおける複数のレコードを用いて、位相φｉを変更する。これによって、設定部１８は、複数の指令振幅の候補を生成することができる。
【００３５】
設定部１８は、これらの候補のうちから選択された指令振幅を採用する。指令振幅としては、指令振幅の波形においてインパルスが極力少ないこと、波形の腹・節が明確でないこと、及び実車の加速度波形に近い振動が再現できるという条件が満たされることが好ましい。そこで、設定部１８は、複数の候補のうち、自己相関値が高い数個の候補を選択し、選択した候補に基づく加速度波形と実車の加速度波形との間の相互相関値を求めて、最も相互相関値の高い候補を指令振幅として選択する。この指令振幅は、候補の中からマニュアルで選択されてもよい。また、実車の加速度波形を用いた基準空間に対して、振幅指令の候補に基づく加速度波形のマハラノビス距離を算出し、最もマハラノビス距離が小さい候補が選択されてもよい。なお、指令振幅の生成に関する更なる詳細については、後述する。
【００３６】
設定部１８は、このようにして生成した指令振幅をアナログ信号に変換して、対応のサーボアンプに出力する。
【００３７】
また、設定部１８は、指令振幅の更新を実行する。具体的に、設定部１８は、変位センサ４２ａ〜４２ｆからの変位信号を受け、当該変位信号に基づくＰＳＤ、又は軌道部４０に設けた加速度センサによって計測された加速度に基づくＰＳＤと、実車に対して計測された加速度に基づく上述のＰＳＤとの比較を行う。設定部１８は、この比較を周波数区間ごとに行い、パワーの不足・過剰に応じて、対応の周波数区間用の振幅Ｄｉを増加・減少させる。例えば、設定部１８は、パワーが不足の場合には、振幅を一定量増加させ、これによってパワーが過剰になった場合には、振幅を上記一定量の半量減少させる。なお、振幅の更新は、古典制御に基づく演算によって実行されてもよい。
【００３８】
以下、振動試験装置１０の動作について説明する。併せて、本発明の実施の形態に係る振動試験方法を説明する。図４は、本発明の実施の形態に係る振動試験方法のフローチャートである。
【００３９】
図４に示すように、この振動試験装置１０による振動試験方法では、設定部１８が、シリンダ２０ａ〜２０ｆ各々への指令振幅を生成する（ステップＳ１）。指令振幅の生成方法については、後述する。
【００４０】
次いで、設定部１８が、指令振幅を対応のサーボアンプに出力する（ステップＳ２）。サーボアンプは、指令振幅と対応の変位サンサからの変位信号との差を増幅することによって調整信号を生成し、当該調整信号を対応のサーボ弁に出力する（ステップＳ３）。
【００４１】
次いで、調整信号を受けたサーボ弁がシリンダに供給する圧油を調整することによって、シリンダの変位を制御する。これによって、シリンダによる軌道部４０を介した鉄道車両の加振が行われる（ステップＳ４）。
【００４２】
次いで、変位センサが、対応のシリンダの変位を検出し、当該変位に関する変位信号を対応のサーボアンプ及び設定部１８に出力する（ステップＳ５）。
【００４３】
本試験装置１０においては、設定部１８への停止指令（ステップＳ７）が、オペレータによって与えられるまでの間、以上の動作が繰り返される。
【００４４】
そして、設定部１８は、変位センサから受けた変位信号、又は軌道部４０に設けた加速度センサによって計測された加速度に基づくＰＳＤと、実車に対して計測された加速度に基づく上述のＰＳＤとの比較を行い、指令振幅を更新する。
【００４５】
以下、指令振幅生成処理について詳細に説明する。本実施の形態においては、三種の指令振幅生成処理がある。これら、三種の指令振幅生成処理は、設定部１８へのオペレータの入力によって切り替えられる。
【００４６】
まず、第１の指令振幅生成処理について説明する。図５は、第１の指令振幅生成処理を示すフローチャートである。図５に示すように、この第１の指令振幅生成方法では、加速度センサによって計測された実車の軸箱の所定時間における加速度から、各周波数のＰＳＤ：pkが算出される（ステップＳ１１）。なお、本明細書において、ｋは、各周波数へのインデックスとしている。
【００４７】
次いで、各周波数の加速度振幅αｋが、ｐｋと対応の周波数ｆｋとを用いる次式（３）の演算によって、算出される（ステップＳ１２）
【数３】
2006189388.tif 000005
【００４８】
次いで、各周波数の加速度振幅αｋを用いた次式（４）の演算が実行されることによって、各周波数の変位振幅ｄｋが算出される（ステップＳ１３）。
【数４】
2006189388.tif 000006
【００４９】
次いで、各周波数区間において、上限周波数から下限周波数までの変位振幅ｄｋが積算されることによって、振幅Ｄｉが算出される（ステップＳ１４）。
【００５０】
次いで、上述した（１）式を演算項として含む次式（５）の演算が、各周波数区間の振幅Ｄｉ及び上述の位相φｉを記憶したテーブルを用いて実行される。これによって、複数の指令振幅Ｄ（ｔ）が生成される（ステップＳ１５）。なお、本明細書において、Ｈはシリンダの高さに応じた定数であり、Ｓは模擬すべき鉄道車両の速度に応じた速度に応じた定数である。
【数５】
2006189388.tif 000007
【００５１】
次いで、複数の指令振幅Ｄ（ｔ）から上述したように指令振幅が選択される（ステップＳ１６）。
【００５２】
以下、第２の指令振幅生成処理について説明する。図６は、第２の指令振幅生成処理を示すフローチャートである。図６に示すように、この第２の指令振幅生成処理においても、加速度センサによって計測された実車の軸箱の所定時間における加速度から、各周波数のＰＳＤ：pkが算出される（ステップＳ２１）。
【００５３】
次いで、各周波数区間において、ＰＳＤ：pkが積算されることによって、ＰＳＤの積算値Ｐｉが算出される（ステップＳ２２）。
【００５４】
次いで、積算値Ｐｉが、次式（６）の演算によって加速度振幅の積算値Ａｉに変換される（ステップＳ２３）。
【数６】
2006189388.tif 000008
【００５５】
次いで、各周波数区間において、積算値Ａｉから加速度用ホワイトノイズのスペクトルの積算値Ｗ１ｉが減算されることによって、減算値Ｂｉが算出される（ステップＳ２４）。このホワイトノイズは、全周波数に亘って一様な値のスペクトルを有しており、積算値Ｗ１ｉは、対応の周波数区間の上限周波数から加減周波数までのスペクトルの積算値である。
【００５６】
次いで、減算値Ｂｉの次元が、次式（７）の演算によって変位の次元に変換される（ステップＳ２５）。これによって、各周波数区間の振幅Ｄｉが算出される。
【数７】
2006189388.tif 000009
【００５７】
次いで、上述した（１）式を演算項として含む次式（８）の演算が、各周波数区間の振幅Ｄｉ及び上述の位相φｉを記憶したテーブルを用いて実行される。これによって、複数の指令振幅が生成される（ステップＳ２６）。なお、本明細書において、ｎ（ｔ）はホワイトノイズの演算値である。
【数８】
2006189388.tif 000010
【００５８】
次いで、複数の指令振幅Ｄ（ｔ）から上述したように指令振幅が選択される（ステップＳ２７）。
【００５９】
以下、第３の指令振幅生成処理について説明する。図７は、第３の指令振幅生成処理を示すフローチャートである。図７に示すように、この第３の指令振幅生成処理におけるステップＳ３１〜ステップＳ３３は、第２の指令振幅生成処理のステップＳ２１〜ステップＳ２３と同様である。
【００６０】
次いで、各周波数区間において、積算値Ａｉから変位用ホワイトノイズのスペクトルの積算値Ｗ２ｉの二次微分値が減算されることによって（次式（９）参照）、減算値Ｂｉが算出される（ステップＳ３４）。このホワイトノイズは、変位の次元において、全周波数に亘って一様な値のスペクトルを有しており、積算値Ｗ２ｉは、対応の周波数区間の上限周波数から加減周波数までのスペクトルの積算値である。
【数９】
2006189388.tif 000011
【００６１】
続くステップＳ３５〜ステップＳ３７については、第２の指令振幅生成処理のステップＳ２５〜ステップＳ２７と同様である。
【００６２】
以上説明したように、設定部１８は、実車に対して計測した所定時間の加速度からのＰＳＤに基づき指令振幅を算出している。また、設定部１８は、リアルタイムのＦＦＴ解析といった演算コストの高い処理を要していない。したがって、振動試験装置１０は、実車に近い振動試験を低コストに行うことが可能である。
【００６３】
また、振動試験装置１０は、ホワイトノイズを用いて指令振幅を作成することによって、制御周波数間の周波数成分を補った指令振幅を作成することが可能である。この場合、振動試験装置１０は、第２の指令振幅生成処理のようにホワイトノイズを加速度として捉えて指令振幅を作成することも可能であり、第３の指令振幅生成処理のようにホワイトノイズを変位として捉えて指令振幅を作成することも可能である。
【００６４】
また、振動試験装置１０は、指令振幅の演算に速度に応じた定数Ｓを用いることによって、速度に応じた振動を模擬することも可能である。
【００６５】
なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、設定部１８は、軸箱の車両幅方向加速度を用いることによって、シリンダ２０ｂ及び２０ｅへの指令振幅を算出することが可能であるが、軸箱の上下方向加速度のＰＳＤを１／２のパワーとしたＰＳＤを用いることによって、シリンダ２０ｂ及び２０ｅへの指令振幅を算出してもよい。
【００６６】
また、振動試験装置１０は、前側に設けられたシリンダ２０ａ、２０ｂ、２０ｃに用いた指令振幅に、上記（２）式に示す時間遅れを与えて、シリンダ２０ｄ、２０ｅ、２０ｆにそれぞれ与えてもよい。この場合には、生成すべき指令振幅の数を少なくすることができ、実車の振動に近い加振が実施できる。
【００６７】
なお、振動試験装置は、大型であり、シリンダ位置を変更できない場合が多い。この場合には、振動試験装置に適合した寸法の車体、または車体相当の枠を乗せ、上記距離Wを実際に使用したい車体の値に設定することで、時間遅れを模擬することが出来る。その際に搭載する車体または車体相当の枠のねじり力による反力の発生量が、実際に使用したい車体と同じ、または近くなるような車体を選ぶとより好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る振動試験装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、鉄道車両の台車装置を示す図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係る振動試験装置の振動モデルを示す図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態に係る振動試験方法のフローチャートである。
【図５】図５は、第１の指令振幅生成処理を示すフローチャートである。
【図６】図６は、第２の指令振幅生成処理を示すフローチャートである。
【図７】図７は、第３の指令振幅生成処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６９】
１０…振動試験装置、１２…操作部、１４…検出部、１６…調整部、１８…設定部、４０…軌道部。
【図１】
2006189388.tif 000018
【図２】
2006189388.tif 000019
【図３】
2006189388.tif 000020
【図４】
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【図５】
2006189388.tif 000022
【図６】
2006189388.tif 000023
【図７】
2006189388.tif 000024